音程検出Pitch Detection

高さとは繰り返しの間隔です

声を出すと、声帯が速く開いたり閉じたりして空気を押し出します。この開閉が規則的に繰り返され、1秒間に繰り返す回数が多いほど高い音に聞こえます。低い声は1秒に百回ほど、高い声はその二、三倍ほど繰り返します。

楽器も同じです。弦が太く長いほどゆっくり震えて低い音になり、短くぴんと張っているほど速く震えて高い音になります。高さというのは結局、この繰り返しの速さです。

だから音程を突き止める作業は、音の大きさや明るさを測るのとは違います。大きく歌おうと小さく歌おうと、太い声でも澄んだ声でも、繰り返しの間隔が同じなら同じ音です。

ずらして重ねてみます

間隔を測る一番なじみ深い方法が、消印の模様を重ねて見る方式です。音の断片を複製し、少しずつずらしながら元の音とどれだけよく合うかを測ります。ほんの少しずらしたときはずれていて、ちょうど一回分の繰り返しだけずらしたときにぴたりと合います。その幅が繰り返し間隔です。

音の絵の上で探す方法もあります。声は絵の中で並んだ縞模様として現れ、その縞は一定の間隔で積み重なります。一番下の縞、あるいは縞と縞の間隔を読めば基本になる高さがわかります。

どちらの方法でも、音がきれいなほどよく合います。雑音が混ざったり複数の音が重なったりすると、重ねて見る模様がぼやけて値が飛びます。

一段数え違えるとオクターブがずれます

繰り返しの模様には落とし穴があります。一段ずらしても重なりますが、二段、三段ずらしても同じように重なります。だから二段ずれたものを一回分の繰り返しと勘違いすると、実際より1オクターブ低い音として読んでしまいます。反対に模様の間の小さなうねりをひとつと数えると、1オクターブ高く読んでしまいます。

これをオクターブ誤りと呼びます。音程検出で一番よくある間違いです。歌の採点でうまく歌えているはずなのに急に点数が落ちたり、音程のグラフが途中でがくんと下がってまた戻ったりする場所は、たいていこの誤りです。

防ぐ方法は前後をあわせて見ることです。人の声はひとつの音から次の音へ急に1オクターブずつ飛んだりしないので、流れの中でひとつだけ飛び出た値は疑って直します。

高さのない音もあります

すべての音に高さがあるわけではありません。拍手の音、ドアが閉まる音、「す」や「つ」のような息が漏れる音には、繰り返す波がありません。こうした区間で無理に値を出すと見当違いの数字が出ます。だから音程検出は高さを測る前に、そもそもここに測るべき高さがあるのかから判断します。

複数の音が同時に鳴る場合も難しくなります。和音を作る複数の音が重なると繰り返しの模様が幾重にも絡み合って、ひとつの筋だけを突き止めるのがずっと難しくなります。こうした場合は先に種類を分けてから、それぞれの音程を突き止めることもあります。

どこに使われるか

楽器のチューナーが一番なじみ深い使い方です。弦を弾くと、今の音が基準より高いか低いかをすぐ教えてくれます。歌の採点機能も、歌った音程を絶えず突き止めて元のメロディーと比べる方式です。

音楽を作る側では、歌った音程を少し整えたり、鼻歌のメロディーを楽譜に移したりするのに使います。話し声の側でも使われます。文末で高さが上がれば尋ねる言葉、下がれば述べる言葉というように、抑揚を調べたり作ったりするのに高さの値が必要だからです。